力是矢量,如果当力的作用线在刚体上平行移动时,它对刚体的作用效果就会改变。那么要使力的作用线在刚体上平移又不改变对刚体的作用效果,就必须有附加条件,这就是力的平移定理所要解决的问题。
1.力的平移定理
定理:可以把作用在刚体上点A的力F平行移到一点B,但同时必须附加一个力偶,这个附加力偶的矩等于原来的力F对新作用点B的矩。
证明:图2-19a中力作用于刚体的点A。在刚体上任取一点B, d为点B至力F作用线的垂直距离,在点B加上两个等值反向的力F'和F″,并使F=F'=F″,显然三个力F、F'、F″组成的新力系与原力等效,如图2-19b所示。此时可将F'看作是力F平移到点B后的力,而F、F″构成一力偶。该力偶就是所需的附加力偶。如图2-19c所示,附加力偶矩为
图2-19
M=F×d=MB(F) (2-4)
于是定理得证。
2.应用
由力的平移定理可知,可以将一个力答换成同平面内的一个力和一个力偶;反之,同一平面内的一个力和一个力偶也可以用一个力来等效替换。力的平移定理不仅是力系向一点简化的依据,也可解释一些实际问题。例如:如图2-20b所示攻螺纹时,必领用双手均匀握住扳手两端,而且用力要相等,不能只用一只手扳动扳手。因为作用在扳手AB一端的力F与作用点0的一个力F'和一个力偶矩M等效(图2-20a)。这个力偶使丝锥转动,而力F'却易使丝锥产生折断。
图2-20
知识点词条:力向一点平移的结果及应用